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// Created by madison on 2022/1/14.
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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void swap(int *a, int *b) // 交换两个变量
{
    int temp = *a;
    *a = *b;
    *b = temp;
}

/**
 * 冒泡排序（英语：Bubble Sort）是一种简单的排序算法。
 * 它重复地走访过要排序的数列，一次比较两个元素，如果他们的顺序（如从大到小、首字母从A到Z）错误就把他们交换过来。
 * @param arr
 * @param len
 */
void bubble_sort(int arr[], int len) {
    int temp;
    for (int i = 0; i < len - 1; ++i) {
        for (int j = 0; j < len - 1 - i; ++j) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

/**
 * 选择排序（Selection sort）是一种简单直观的排序算法。
 * 它的工作原理如下。首先在未排序序列中找到最小（大）元素，
 * 存放到排序序列的起始位置，然后，再从剩余未排序元素中继续寻找最小（大）元素，
 * 然后放到已排序序列的末尾。以此类推，直到所有元素均排序完毕。
 * @param a
 * @param len
 */
void selection_sort(int a[], int len) {
    int temp;
    for (int i = 0; i < len - 1; ++i) {
        int min = i;    // 记录最小值，第一个元素默认最小
        for (int j = i + 1; j < len; ++j) { // 访问未排序的元素
            if (a[j] < a[min]) {    // 找到目前最小值
                min = j;    // 记录最小值
            }
        }
        if (min != i) {
            temp = a[min];  // 交换两个变量
            a[min] = a[i];
            a[i] = temp;
            /* swap(&a[min], &a[i]);  */   // 使用自定义函数交換
        }
    }
}

/**
 * 插入排序（英语：Insertion Sort）是一种简单直观的排序算法。
 * 它的工作原理是通过构建有序序列，对于未排序数据，在已排序序列中从后向前扫描，
 * 找到相应位置并插入。插入排序在实现上，通常采用in-place排序（即只需用到 {\displaystyle O(1)} {\displaystyle O(1)}的额外空间的排序），
 * 因而在从后向前扫描过程中，需要反复把已排序元素逐步向后挪位，为最新元素提供插入空间。
 * @param arr
 * @param len
 */
void insertion_sort(int arr[], int len) {
    int i, j, temp;
    for (i = 0; i < len; ++i) {
        temp = arr[i];
        for (j = i; j > 0 && arr[j - 1] > temp; j--) {
            arr[j] = arr[j - 1];
        }
        arr[j] = temp;
    }
}

/**
 * 希尔排序，也称递减增量排序算法，是插入排序的一种更高效的改进版本。希尔排序是非稳定排序算法。
 * 希尔排序是基于插入排序的以下两点性质而提出改进方法的：
        插入排序在对几乎已经排好序的数据操作时，效率高，即可以达到线性排序的效率
        但插入排序一般来说是低效的，因为插入排序每次只能将数据移动一位
 * @param arr
 * @param len
 */
void shell_sort(int arr[], int len) {
    int gap, i, j, temp;
    for (gap = len >> 1; gap > 0; gap = gap >> 1) {
        for (i = gap; i < len; ++i) {
            temp = arr[i];
            for (j = i - gap; j >= 0 && arr[j] > temp; j -= gap) {
                arr[j + gap] = arr[j];
            }
            arr[j + gap] = temp;
        }
    }
}

/**
 * 归并排序
    把数据分为两段，从两段中逐个选最小的元素移入新数据段的末尾。

    可从上到下或从下到上进行。
 * @param arr
 * @param len
 */
int min(int x, int y) {
    return x < y ? x : y;
}

void merge_sort(int arr[], int len) {
    int *a = arr;
    int *b = (int *) malloc(len * sizeof(int));
    int seg, start;
    for (seg = 1; seg < len; seg += seg) {
        for (start = 0; start < len; start += seg + seg) {
            int low = start, mid = min(start + seg, len), high = min(start + seg + seg, len);
            int k = low;
            int start1 = low, end1 = mid;
            int start2 = mid, end2 = high;
            while (start1 < end1 && start2 < end2) {
                b[k++] = a[start1] < a[start2] ? a[start1++] : a[start2++];
            }
            while (start1 < end1) {
                b[k++] = a[start1++];
            }
            while (start2 < end2) {
                b[k++] = a[start2++];
            }
        }
        int *temp = a;
        a = b;
        b = temp;
    }
    if (a != arr) {
        for (int i = 0; i < len; ++i) {
            b[i] = a[i];
        }
        b = a;
    }
    free(b);
}

/**
 * 快速排序
    在区间中随机挑选一个元素作基准，将小于基准的元素放在基准之前，大于基准的元素放在基准之后，再分别对小数区与大数区进行排序。
 * @param arr
 * @param len
 */
typedef struct _Range {
    int start, end;
} Range;

Range new_Range(int s, int e) {
    Range r;
    r.start = s;
    r.end = e;
    return r;
}

void quick_sort(int arr[], const int len) {
    if (len <= 0) {
        return; // 避免len等於負值時引發段錯誤（Segment Fault）
    }
    // r[]模擬列表,p為數量,r[p++]為push,r[--p]為pop且取得元素
    Range r[len];
    int p = 0;
    r[p++] = new_Range(0, len - 1);
    while (p) {
        Range range = r[--p];
        if (range.start >= range.end) {
            continue;
        }
        int mid = arr[(range.start + range.end) / 2];   // 選取中間點為基準點
        int left = range.start, right = range.end;
        do {
            while (arr[left] < mid) {
                ++left;  // 檢測基準點左側是否符合要求
            }
            while (arr[right] > mid) {
                --right;    //檢測基準點右側是否符合要求
            }
            if (left <= right) {
                swap(&arr[left], &arr[right]);
                left++;
                right--;    // 移動指針以繼續
            }
        } while (left <= right);
        if (range.start < right) {
            r[p++] = new_Range(range.start, right);
        }
        if (range.end > left) {
            r[p++] = new_Range(left, range.end);
        }
    }
}

int main() {
    int arr[] = {22, 34, 3, 32, 82, 55, 89, 50, 37, 5, 64, 35, 9, 70};
    int len = (int) sizeof(arr) / sizeof(*arr);

//    bubble_sort(arr, len);
//    selection_sort(arr, len);
//    insertion_sort(arr, len);
//    shell_sort(arr, len);
//    merge_sort(arr, len);
    quick_sort(arr, len);

    for (int i = 0; i < len; ++i) {
        printf("%d ", arr[i]);
    }
    return 0;
}
